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　　高強(qiáng)超高精度導(dǎo)軌是高檔電子機(jī)柜的重要組成部分。目前，國內(nèi)導(dǎo)軌多采用薄鋼板沖制，厚不銹鋼板銑削，或采用2A12T4硬鋁合金擠壓精整而成。薄鋼板沖制難以形成R形導(dǎo)槽；厚不銹鋼板銑削機(jī)加量大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高；2A12T4硬鋁合金擠壓導(dǎo)軌則因其尺寸精度、形位公差低，需機(jī)加精整才能裝配使用，加上其σb遠(yuǎn)低于鋼材的，不能滿足高檔電子機(jī)柜導(dǎo)軌的需要。為此，根據(jù)中船總公司的委托開展本課題的研制。

　　其主要技術(shù)指標(biāo)如下：①材質(zhì)狀態(tài)：銅、鋁等有色合金、T6狀態(tài)；②力學(xué)性能；σb≥500MPa，HB≥150；③載荷能力：30～50kg；④抗蝕性能：耐海水鹽霧腐蝕；⑤形狀與尺寸：見圖1及圖2。

　　1 試驗(yàn)方法與條件

　　1．1 試驗(yàn)方法

　　擠壓-拉矯法。主要工藝流程如下：

　　鑄棒制備→擠壓→淬火→拉矯→時(shí)效→尺寸精度檢測(cè)→形位公差檢測(cè)←→壓矯→表面處理

　　1．2　試驗(yàn)條件

　　材料選用φ124mm× 320mm7A04超硬鋁合金鑄棒；在8．0和12．5MN水壓機(jī)的平面模上進(jìn)行擠壓，擠壓溫度420～440℃，擠壓速度為0．6～1．0m/min；在0．45MN拉矯機(jī)和1．0MN壓力機(jī)上進(jìn)行矯直，在24m立式空氣淬氣爐和12m臥式空氣循環(huán)時(shí)效爐中進(jìn)行熱處理。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2．1 材質(zhì)選擇

　　為選擇可直接壓加成形、綜合性能優(yōu)于或相當(dāng)于不銹鋼，能滿足超高精度高檔電子機(jī)柜導(dǎo)軌使用要求的有色合金，本題課對(duì)鈦合金、銅、鋁合金以及不銹鋼的綜合性能進(jìn)行了全面的對(duì)比分析。結(jié)果表明就力學(xué)性能而言，除了彈性模具E之外，鈦合金大部、銅合金(HAl60-1-1 BA113-3； BZnl5-24-1．5)、鋁合金(7A04；7A09；7175)均在可供選擇范圍之列[1.2]。但如考慮其綜合性能，則鈦合金、銅合金將因其導(dǎo)軌壓加性能差，生產(chǎn)成本高以及密度大，導(dǎo)軌較重而被排除，只有超硬鋁合金7A04等可基本符合要求。由于7A04合金的擠壓成形性能和抗蝕性能較好，生產(chǎn)量較大，故最終選擇7A04作為本課題的試驗(yàn)材質(zhì)。實(shí)踐證明，除了其彈性模量E偏低外，其它如抗拉強(qiáng)度、密度、壓加成形性能及生產(chǎn)成本均優(yōu)于不銹鋼的。至于其E值偏低問題，完全可通過導(dǎo)軌“結(jié)構(gòu)選擇”合理解決。英國某新型聲納電子機(jī)柜鋁合金導(dǎo)軌就是采用了加厚加寬導(dǎo)軌截面來提高其承載能力。

　　2．2 導(dǎo)軌成形方案選擇

　　為了選擇切實(shí)可行的加工成形方案，對(duì)目前導(dǎo)軌型材可能的生產(chǎn)及其特點(diǎn)進(jìn)行了必要的比較和論證，詳見表1。

　　表1表明，薄板沖制，型材軋制難以形成R型導(dǎo)槽；超高壓靜液擠壓對(duì)于尺寸稍大的中、外導(dǎo)軌型材目前擠壓尚有困難；機(jī)械銑削費(fèi)時(shí)費(fèi)料，成本高昂；擠壓-拉伸雖然能確保型材的表面質(zhì)量和尺寸精度，但其拉伸夾頭難以制作，生產(chǎn)費(fèi)用也較高；對(duì)于擠壓-拉矯工藝，只要擠壓模具設(shè)計(jì)制造管理，擠壓工藝適宜，加上擠壓后必要的拉矯、精整，那么完全可以制出合乎使用要求的高強(qiáng)超高精度導(dǎo)軌型材?；谏鲜龇治?，最終選擇擠壓-拉矯工藝作為本課題選定的超硬鋁合金的加工成形方案。

　　2．3導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)選擇

　　導(dǎo)軌的載荷能力與其結(jié)構(gòu)及使用條件密切相關(guān)。為實(shí)現(xiàn)采用有色合金導(dǎo)軌完全取代機(jī)加不銹鋼導(dǎo)軌的構(gòu)想，鑒于已試驗(yàn)成功的新型超硬鋁合金輕型導(dǎo)軌的明顯優(yōu)勢(shì)，經(jīng)雙方充分協(xié)商，增加了對(duì)重型超硬鋁合金導(dǎo)軌型材的研制內(nèi)容(見圖2)，對(duì)重型導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)及其型材的形狀、尺寸大小進(jìn)行了重大改進(jìn)；使導(dǎo)軌由傳統(tǒng)的三種型材組成改由兩種型材組成(即雙型材結(jié)構(gòu))，從而使其最小型材的尺寸明顯加大，此外，還適當(dāng)增加了導(dǎo)軌型材的厚度，最大限度增加了導(dǎo)軌的截面積。實(shí)踐證明，這種修正不僅明顯提高了導(dǎo)軌的剛度和載荷能力，滿足了使用要求，而且還降低了導(dǎo)軌型材的生產(chǎn)難度，(中軌R槽由輕型的內(nèi)、外配合面變成重型的單一外配合面)，從而實(shí)現(xiàn)了采用有色合金導(dǎo)軌完全取代機(jī)加不銹鋼導(dǎo)軌的預(yù)定目標(biāo)。

　　2．4擠壓模具的制取

　　經(jīng)過一系列擠壓比、擠壓力、模具強(qiáng)度計(jì)算[3]，以及充分考慮合金的擠壓性能、收縮率，模具的彈性變形以及擠壓后拉矯量等因素之后，決定采用圖3所示的?？讛?shù)及其平面布置方案以及圖4所示的?？准捌涔ぷ鲙С叽邕M(jìn)行模具制作(精度高達(dá)-0.03mm)和擠壓試驗(yàn)。擠壓結(jié)果見表2。表2表明，除了圖3(c)的?？撞贾妹黠@不合理：?？组g距過近，模橋強(qiáng)度不夠；?？讓?duì)稱性差，金屬供應(yīng)及流動(dòng)不均勻等，因而在試擠L2型材時(shí)模子中間塌陷、堵裂外，其他型材模具工作正常。

　　據(jù)此，按圖3(b)方案重新制造L2型材模具。重試結(jié)果表明，該模具修改設(shè)計(jì)合理，工作正常。最后，本研究確定采用的五種導(dǎo)軌型材模具方案及其參數(shù)見表3。

　　2．5 擠壓工藝

　　為使擠壓過程順利進(jìn)行，并確保型材質(zhì)量，對(duì)擠壓力、擠壓速度、擠壓比進(jìn)行了必要的選擇。在本試驗(yàn)中，五種導(dǎo)軌型材的擠壓工藝結(jié)及結(jié)果見表2。表2進(jìn)一步表明：①由于7A04合金的變形抗力高，擠壓成形性極差，加上型材壁厚變化劇烈，金屬流速極不均勻，因而，擠壓成形難度大，極易發(fā)生悶車、堵?，F(xiàn)象，如L1-1；L2-1； L3-1三種型材試樣在第一周期工藝試驗(yàn)中，在8．0MN擠壓機(jī)上試模時(shí)均產(chǎn)生悶車現(xiàn)象，流速僅達(dá)0．05m/min。對(duì)于L2-1試樣，更因其?？撞贾貌划?dāng)導(dǎo)致擠壓模堵模、凹陷、壓裂等事故；②由于五種導(dǎo)軌型材的尺寸精度要求極高(約為國標(biāo)高精度的數(shù)倍)，如擠壓溫度、速度、擠壓比控制不當(dāng)，或模孔尺寸和工作帶設(shè)計(jì)、制造稍有偏差，都會(huì)導(dǎo)致型材斷面尺寸超差或嚴(yán)重刀彎、扭擰、不平、微裂等缺陷，見表2的W3-1、W3-3等。針對(duì)上述情況，在以后的一系列工藝試驗(yàn)中，先后著重采取了如下措施：a．調(diào)大擠壓機(jī)噸位，b.重新設(shè)計(jì)制造L2-3型材模，并反復(fù)修理、調(diào)整其他型材模的尺寸和流速；c.優(yōu)化擠壓工藝。最后，擠出了合乎工藝要求的擠坯。見表2的L1-3；L2-3；L3-3；W3-2等。

　　2．6精整工藝

　　精整主要由拉力矯、壓力矯及扭擰等工序組成，其中以拉力矯最為關(guān)鍵，它不僅要控制產(chǎn)品的形位公差，而且是控制尺寸精度的最后關(guān)卡。若此工序后的精度仍不能符合要求，型材只能報(bào)廢并最終導(dǎo)致成品率大幅度下降。因此，為確保產(chǎn)品的尺寸精度和成品率，必須抓好兩個(gè)環(huán)節(jié)：①在模具制造和擠壓時(shí)應(yīng)確保留有1%-2%的拉矯量：②嚴(yán)格控制拉矯的拉力、速度及拉矯率，并隨時(shí)檢測(cè)型材的外廓尺寸，防止過拉導(dǎo)致報(bào)廢。同樣，對(duì)于因?yàn)樯倮钩叽缙笳邞?yīng)堅(jiān)持返工重拉。實(shí)踐表明，根據(jù)導(dǎo)軌外廓尺寸和R型導(dǎo)槽間距的相互關(guān)系，五種型材在拉矯過程中只要嚴(yán)格按照表4的外廓尺寸范圍控制，其R型導(dǎo)槽間的尺寸精度完全可滿足圖紙要求。

　　關(guān)于形位公差控制，除在拉力矯直機(jī)上粗矯外，仍須用壓力矯直機(jī)壓矯，并借助特制扳手及鋁質(zhì)矯直工裝進(jìn)行。

　　2．7 成品質(zhì)量檢測(cè)及使用試驗(yàn)結(jié)果

　　對(duì)成品的力學(xué)性能、尺寸精度、形位公差進(jìn)行了檢測(cè)，并由用戶進(jìn)行了使用試驗(yàn)，成品導(dǎo)軌R導(dǎo)槽間距尺寸精度及其形位公差檢測(cè)結(jié)果見表5。力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表6。結(jié)果表明：本課題所提供的導(dǎo)軌型材表面光潔，尺寸精度、形位公差精確、裝配性能優(yōu)良，滾珠滾動(dòng)自如，力學(xué)性能、載荷能力與不銹鋼的相比毫不遜色，完全可取代機(jī)加不銹鋼導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)以鋁代鋼，以壓加取代機(jī)加成形的預(yù)定目標(biāo)。

　　3 結(jié)論

　　(1)采用擠壓-拉矯工藝制取超高精度7A04超硬鋁合金導(dǎo)軌系國內(nèi)首次。其生產(chǎn)工藝合理、產(chǎn)品綜合性能優(yōu)良，完全可滿足圖紙及使用要求。

　　(2)與機(jī)加不銹鋼導(dǎo)軌相比，新型超硬鋁合金“雙型材”導(dǎo)軌具有更大優(yōu)越性，不僅重量輕，加工成本低，裝配性能優(yōu)良，而且其載荷能力也毫不遜色，完全可取代前者，實(shí)現(xiàn)以鋁代鋼、以壓取代機(jī)加成形的預(yù)定目標(biāo)。

　　(3)確保擠壓時(shí)模具性能優(yōu)良，特別是加強(qiáng)拉矯過程中的質(zhì)量控制，是提高導(dǎo)軌型材成品率的根本途徑。————文章來源于網(wǎng)絡(luò)，若有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。